B (Flexibilität auch hoch) Flexible- Fertig.-Zeiten

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1 Antwort Fragen Kapitel 1: Zur Selbstkontrolle 1. Analysieren Sie z. B. in Ihrem Unternehmen oder mithilfe von Informationsmaterial entsprechender Hersteller die Strukturen verschiedener Fertigungssysteme und stellen Sie diese Strukturen grafisch dar. 2. Untersuchen Sie die Zusammenhänge zwischen den erkannten Strukturen und den Fertigungsmengen der Bauteile bzw. Bauteilvarianten. Für die untersuchten Fertigungsstrukturen werden die Zusammenhänge entsprechend der Abbildung ersichtlich. Je höher die gleichartige zu fertigende Teilestückzahl ist, desto starrer sind die Fertigungseinrichtungen. Transferstraßen sind z. B. bei der Fertigung von Motorblöcken zu finden. Die Schlüsselfertigungsanlage ist als eine Art Sondermaschine einzustufen. Variieren die Teile in ihrem Aufbau, d. h. unterscheiden sich die durchzuführenden Fertigungsaufgaben oder sind sogar mit einer Anlage unterschiedliche Teile zu fertigen, so werden die Fertigungsanlagen flexibler. Für Einzelteile z. B. wird keine Extraanlage oder Maschine besorgt. Man wird auf existierenden Universalmaschinen die Teile fertigen oder bei Teilefertiger in Auftrag geben, wo sie wiederum auf Universal- oder CNC-Maschinen gefertigt werden. groß Anzahl unterschiedlicher Werkstücke (Varianten) klein hoch Produktivität A Entwicklungsziel: Fertigungseinrichtungen der Industrie 4.0 B (Flexibilität auch hoch) Flexible- Fertig.-Zeiten Fertig.-Zellen Bearbeit.- Zentren C Flexible Fert.-Systeme Sondermaschinen Transferstraßen niedrig Flexibilität CNC-Maschinen niedrig konvent. Universalmasch. hoch niedrig Jahresstückzahl pro Werkstück hoch A) Fertigung auf Einzelmaschinen B) Flexible Fertigungskonzepte C) Starre Fertigungseinrichtungen. 3. Skizzieren Sie zu einem Beispiel aus Aufgabe 1 die funktionale Struktur des Betriebsleitsystems (Bild 1-14). Für die Fragen 1 und 3 werden keine Antworten aufgeführt, da diese sehr individuell sind. Die Autorin geht davon aus, dass anhand des Textes im Buch das eigene Ergebnis überprüft werden kann. Zur Selbstkontrolle 1. Was müssen Sie hinsichtlich des Produktes bezüglich automatischer Fertigung/Montage beachten? Das Produkt muss so gestaltet sein, dass die Herstellung und die Montage automatisierungsgerecht sind. Das beinhaltet Fragestellungen hinsichtlich: Wie kann das Werkstück zur Fertigung und Montage ausreichend gespannt (Bearbeitungs- bzw. Montagekräfte aufnehmen) und genau positioniert werden? Wie ist die Kontrolle der Spannung und Positionierung möglich? Kann die Lage des Werkstücks exakt bestimmt werden (z. B. nach Zuführung des Schlüsselrohlings Bestimmung der Lage, um Bart an der richtigen Seite zu fräsen)? Durch die Fördertechnik muss eine eindeutige Positionierung erfolgen oder es müssen am Werkstück Erkennungsmerkmale vorhanden sein, die das durch Sensoren oder bildverarbeitende Systeme ermöglichen. Kann das Werkstück automatisch gefördert werden? Es darf z. B. nicht zum Verhaken kommen. Wie ist zu erkennen, dass die Bauteile richtig gefügt wurden? Auch hierbei müssen Merkmale erarbeitet werden, die eine Kontrolle ermöglichen. (z. B. durch Bestimmung des Fügewegs, der Fügekraft; zusätzliche Stationen zur Qualitätskontrolle)

2 Es kann möglich sein, dass die Geometrie der Werkstücke oder auch das Montageverfahren aufgrund der Forderung nach Automatisierung verändert werden müssen. 2. Warum hat der Konstrukteur eines Produktes eine besondere Kostenverantwortung? Man geht davon aus, dass % der Produktkosten (Material, Fertigungskosten), der zeitlichen Abläufe (Fertigungsprozesse) und der Produktqualität in der Konstruktion festgelegt werden. Selbst verursacht die Konstruktion nur einen sehr geringen Anteil an Kosten (3 %-5 %). Notwendige Änderungen, die in späteren Lebensphasen des Produktes (Fertigung, Vertrieb, Produktnutzung etc.) erkannt werden, verursachen erheblich mehr Kosten. Der Konstrukteur hat also die Aufgabe, die Eignung des Produktes für all seine Lebensphasen, bis hin zur Entsorgung (z. B. Möglichkeit zur Trennung einzelner Werkstoffe) vorauszudenken, um späteren Änderungen vorzubeugen und keine zusätzlichen Kosten zu verursachen. 3. Ist die menschenleere Montagehalle das höchste Ziel einer modernen Fertigung? Nein, zu automatisieren ist nur das, was sinnvoll ist und nicht das, was technisch möglich ist. Eine Automatisierung muss stets die entstehenden Kosten rechtfertigen. In vielen Fällen ist der Mensch mit seinen Erfahrungen und Fertigkeiten nur mit sehr großem Aufwand durch eine automatisierte Lösung zu ersetzen. Eine Automatisierung sollte angestrebt werden, wenn dadurch menschenunwürdige Arbeitsbedingungen verbessert oder Kosten eingespart werden können.

3 Antwort Fragen Kapitel 4: Zur Selbstkontrolle 1. Was ist der Unterschied zwischen einer Regelung und einer Steuerung mit Störgrößenerfassung? Bei einer Steuerung mit Störgrößenerfassung reagiert die Steuerung auf die Größe bzw. den Betrag der Störgröße. Es wird nicht kontrolliert, ob der Ausgangswert dem Zielwert entspricht. Bei einer Regelung erfolgt ein permanenter Soll-/Istwert- Vergleich. Bei der Abweichung des Istwertes vom Sollwert reagiert die Regelung. Die Abweichung kann dabei u. a. von einer Störgröße verursacht werden. Die Größe der Störgröße wird nicht erfasst. 2. Welche Arten von Steuerungsmitteln gibt es? Mechanische Steuerungen, pneumatische Steuerungen, hydraulische Steuerungen, elektrische Steuerungen sowie Kombinationen, wie z. B. elektromechanische Steuerung 3. Existieren nur elektrische verbindungsprogrammierte Steuerungen? Nein, auch pneumatische und hydraulische Steuerungen sind verbindungsprogrammiert. 1. Erstellen Sie einen Ablaufplan für Ihren Tagesablauf.

4 2. Beschreiben Sie anhand eines Zustandsgraphs die Abläufe beim Aufstehen und Hinlegen. Es ist natürlich zu kontrollieren, ob die waagerechte Position auch im Bett erreicht wurde (z. B. zusätzliche Kontrolle Drucksensor im Bett). 1. Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Schaltwerk und einem Schaltnetz. Beide Steuerungen sind Verknüpfungssteuerungen. Bei einem Schaltnetz sind die Zustände der Ausgänge, d. h. die Verknüpfungsergebnisse zu jedem beliebigen Zeitpunkt nur allein von den Zuständen der Eingangssignale (z. B. Schalter, Sensoren) abhängig. Es ist eine Verknüpfungssteuerung ohne Speicherverhalten. Die Verknüpfungssteuerung mit Speicherverhalten ist das Schaltwerk. Bei dieser Steuerung sind die Zustände der Ausgangssignale von den Zuständen der Eingangssignale und dem inneren Zustand abhängig. Für diese Steuerungen werden Speicherfunktionen genutzt. Sie merken sich einen bereits erreichten Schaltzustand. 2. Welche Grundformen der Ablaufkette gibt es? Lineare Ablaufkette, Ablaufkette mit Alternativverzweigung (ODER-Verzweigung), Ablaufkette mit Simultanverzweigung (UND-Verzweigung) Diese Grundformen können auch gemeinsam innerhalb einer Ablaufkette/ eines Ablaufplans auftreten, wie z. B. beim allgemeinen Ablaufplan der Schlüsselfertigungsanlage (siehe Bild 4-89). 3. Überlegen Sie sich eine Ablaufkette mit Alternativverzeigung aus Ihrem Alltag. 1. Nennen Sie den Vorteil des Gray-Codes gegenüber einer dualen Codierung. Der Vorteil des Gray-Codes ist es, dass sich im Bit-Code für die Darstellung einer dezimalen Zahl von einer ganzen Zahl zur nächsten immer nur ein Bit ändert. Daher wird dieser Code häufig in Messsystemen eingesetzt, wo die einzelnen Bit- Spuren ausgelesen werden. Ein leichter Versatz der Leseköpfe bringt keine so großen Fehler. Bei einer dualen Codierung können sich mehrere Bits ändern. Ist bei einer dualen Codierung der Lesekopf der Spur 2² gegenüber den anderen nach

5 rechts verschoben, würde beim Übergang von dem Wert Drei (0011) zum Wert Vier (0100) die Sieben (0111) angezeigt bzw. übergeben werden. Die Steuerung oder Regelung würde auf diesen Wert und somit einen falschen reagieren. Bei der Codierung mit dem Gray-Code würde es nicht zu diesem gravierenden Fehler kommen. Duale Codierung Bit-Spur Dezimaler Wert ² ³ Gray- Code Dezimaler Wert Bit-Spur ² ³ Folgende Bit-Folge ist gegeben: Geben Sie den dezimalen Wert an, wenn es sich a) um eine BCD-codierte und b) um eine dual codierte Bitfolge handelt. a) 75 b) Vereinfachen Sie folgende Schaltfunktion mittels der Regeln der Schaltalgebra und mittels des KV-Diagramms. 4. Stimmen folgende Schaltfunktionen überein? Erstellen Sie für beide die Programmierung in Funktionsbausteinsprache (FBS). a) b) Die Schaltfunktionen stimmen nicht überein, da die UND-Verknüpfung Vorrang vor der ODER-Verknüpfung hat. Im ersten Term ist daher erst das Ergebnis der UND-Verknüpfung zu bilden bevor die ODER-Verknüpfung erfolgt. Durch die Klammer im zweiten Term wird der ODER-Verknüpfung Vorrang gegeben.

6 Zum Beispiel für die Eingangsbelegung: a = 0, b = 0, c = 1 und d = 1 ergibt sich für y 1 = 1 und für y 2 = An einer Zeitschaltfunktion liegen der Setz- bzw. der Rücksetzeingang entsprechend der Abbildung an. Skizzieren Sie das Verhalten am binären Ausgang Q, wenn a) eine Einschaltverzögerung (SE) und b) ein verlängerter Impuls (SV) vorliegt. Die Länge der vorgegebenen Zeit entspricht T. T 1. Nennen Sie die Grundbestandteile der Hardware für eine SPS. Stromversorgungseinheit, Zentraleinheit (CPU) mit Speicher und Verarbeitungseinheit sowie Ein- und Ausgabeeinheiten bzw. Signaleinheiten 2. Erläutern Sie die grundlegende Arbeitsweise einer SPS. Die grundlegende Arbeitsweise ist das zyklische Abarbeiten der Anweisungen sowie das zyklische Lesen der Eingänge und Schreiben der Ausgänge (siehe Abbildung). Dadurch entsteht für die Abarbeitung der Programme eine Zykluszeit. Es ist möglich, diese zyklische Abarbeitung durch prozess- oder zeitgesteuerte Befehle zu unterbrechen. 3. Was verstehen Sie unter Echtzeitbetrieb?

7 Um einen Echtzeitbetrieb zu erreichen, muss die Zykluszeit der SPS so kurz sein, dass die Änderung der Signalzustände an den Eingängen zu einer rechtzeitig Reaktion an den Ausgängen führt. Daher kann die Echtzeit nicht mit einem Wert festgelegt werden. Sie ist abhängig von den Anforderungen des jeweiligen Prozesses. Die Funktionalität der Prozessabläufe muss gesichert sein. Beim Durchschleusen eines Autos durch eine Waschstraße ist es z. B. nicht erforderlich, dass nach Erkennen der Position durch einen Sensor im Milli- oder Mikrosekundenbereich reagiert wird. Für die Reaktion z. B. eines Roboters in einer Fertigungsstraße kann das durchaus erforderlich sein, wenn Bewegungen mit sehr hohen Geschwindigkeiten stattfinden. Laut DIN IEC (Entwurf) versteht man unter Echtzeitfähigkeit die Fähigkeit eines Prozessrechensystems, die Rechenprozesse ständig derart ablaufbereit zu halten, dass sie innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls auf Ereignisse im Ablauf eines technischen Prozesses reagieren können. 4. Nennen Sie grundlegende Kriterien für die Auswahl einer Steuerung. Wie viele Funktionen im Prozess zu überwachen und zu stellen sind (Anzahl der Ein- und Ausgänge), wie diese Informationen zur Verfügung stehen bzw. bereitgestellt werden müssen (binär, analog, digital Art der Ein- und Ausgänge), welche Verarbeitungsgeschwindigkeiten erforderlich sind, so dass die Zykluszeit einen Echtzeitbetrieb ermöglicht, wie umfangreich die Anweisungen bzw. Programme sind (Größe des Speicherbereichs), welche Schnittstellen zu anderen Systemen zur Verfügung stehen müssen (Ethernet, WLAN etc.) mit welchen Eigenschaften, welche Sicherheitsfunktionen zu realisieren sind, welcher Befehlsumfang vorhanden ist (besonders bei Notwendigkeit spezieller Befehle). Muss die Steuerung in Zukunft erweiterbar sein? 5. Erstellen Sie den Ablaufplan für den Betrieb der Kennzeichnungseinheit.

8 1. Was verstehen Sie unter dem Begriff funktionale Sicherheit? Die funktionale Sicherheit einer Maschine besagt, dass von ihr keine Gefährdungen bzw. nur vertretbare Gefährdungen für Mensch und Maschine während allen Lebensphasen der Maschine ausgehen. Die funktionale Sicherheit ist mit einer Risikobeurteilung nachzuweisen. Mittels der Konformitätserklärung wird dokumentiert, dass die funktionale Sicherheit besteht und somit die Maschinenrichtlinie, durch Umsetzung der entsprechenden Normen, eingehalten wurde. 2. Beschreiben Sie das generelle Vorgehen für eine Risikobeurteilung. Führen Sie diese für eine Maschine in Ihrem Umfeld durch.

9 Festlegung der Grenzen der Maschine Risikobeurteilung Identifizierung der Gefährdungen Risikoanalyse Risikoeinschätzung Risikobewertung Wurde das Risiko hinreichend vermindert? ja Dokumentation nein Risikominderung durch Sicherheitsmaßnahmen Eine Risikobeurteilung beginnt mit der Festlegung der Grenzen (räumlich, zeitlich, ) für die Maschine in allen Lebensphasen (Transport bis zur Entsorgung). Davon ausgehend sind die Gefährdungen, die von der Maschine ausgehen können zu definieren. Diese sind zu beurteilen, inwieweit sie vertretbar sind oder durch Veränderungen der Maschine sowie zusätzliche Maßnahmen minimiert werden müssen. Sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, ist nachzuweisen, dass diese das Risiko so weit minimieren, dass es vertretbar ist. Die Sicherheitsmaßnahmen sind entsprechend der erforderlichen Sicherheitsklasse auszuführen. Für die Frage 2 wird keine Antwort für das Beispiel aufgeführt, da diese wiederum sehr individuell ist.

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